Giáo trình linh kiện điện tử và vi mạch điện tử phần 2

M iền c có nồng độ tạp cliẳt thấp hơn, như ng c ó bề dày lớn nhất, có khả nâng ihu lất cả các hạt dẫn từ m iền E phun vào miền B... Types of Transistors... Cách c íp nguồn cho Tn n zlto

BJT được che tạo từ m ột tinh th ế bán dẫn c ó ba m iên p h a tạp khác nhau để hình thành liai vùng tiếp x ú c P -N rấ t g ầ n nliau, phân cực ngược nliaiL M iền giữa khác kiểu dẫn điện với hai m iền hai bên, nên la có hai loại BJT: PN P và N P N (hình 5.1).

Hình 5.1 K ý hiệu và cấu tạo củ a các BJT N PN và PNP

Ba miền hình thành ba cực: cự c B (base) hay cự c g ố c à miền giữa, cực E (emitter) hay cự c p lìá l , và c ự c c (collector) h ay c ự c góp.

Miền B rắt mòng, c ô nhỏ hơn u m , đ ư ợ c p h a tạp ít M iền E có

nông độ tạp chát lớn nhất (N4- p +) qó k hả năng phun các hạt d ẫn vào

rrúền B M iền c có nồng độ tạp cliẳt thấp hơn, như ng c ó bề dày lớn nhất, có khả nâng ihu lất cả các hạt dẫn từ m iền E phun vào miền B

Trong hai vùng tiếp xúc P -N , tiếp xúc B -E đ ư ợ c ký hiệu là JE, và tiếp xúc B-C được ký hiệu là J o

a, b ) K ý liiệu c h u n g cù a B J T lo ạ i N P N và P N P

c, d ) K ý liiệu B J T D arlington

đ , e ) K ý h iệu B J T D a rlin g to n c ó đ iổ t C -E

g, h) K ý h iệu B J T D a rlin g to n c ó đ iố t C -E v à c á c đ iệ n t r ở B -E

5.2 N G U Y Ê N L Ý L À M V I Ệ C V À T Í N H C H Á T K H U É C H Đ Ạ I

C Ủ A B J T

1 N g u y ê n lý là m việc c ủ a B J T

X é t s ự h o ạ t đ ộ n g c ủ a B JT loại N P N m ắ c th e o s ơ đ ồ B c h u n g vẽ trên h ình 5.3:

!■•£/, E ĩ - là ng u ồ n p h ân c ụ c E | khoảng v à i v ô n , E 2CƠ 5 -2 0 V E |

phân c ụ c Ihuận c h o tiếp x úc Je, E 2 p h ân c ụ c ng ư ọ c c h o tiế p x ú c J c

R e , R c - là đ iệ n trở p h ân c ụ c c h o c ụ c E , và c ụ c c RcCÒn g ọ i là

điện trở tải m ộ t c h iều c ủ a c ụ c c

K hi c h u a c ó ngu ồ n E i, E ỉ : J e hẹp , J c r ộ n g h ơ n M ỗ i v ù n g tồ n tại

m ột E r (h ư ớ n g từ N sa n g P ) tư ơ ng ứ n g với m ộ t đ ipn á p tiếp x ú c (V *)

như m ộ t h àn g r à o thể, d u y trì trạn g thái c â n b ằ n g ở h a i tiếp x ú c giũa

đòng trôi và d ò n g khuếch tán D o đ ó, d ò n g tổ n g h ợ p (Ix) q u a tiếp xúc

Je, và J c b àn g 0

ị\'„ t và En cũa Jc lãng, điện trờ cù a J c tăng lớn D o đ ó d ò n g đ iện qua ticp xúc B-C sẽ rất n hò k ý hiệu là le m và gọi là d ò n g n g ư ợ c colector.

Khi thêm ngu ồ n £/.- Jg đư ợc phân c ự c th u ận E,x c ủ a JE giảm ,

hàn s rào điện ihế (Y u ) iro n g Je g iâ m (so vớ i trạn g thái c â n b ăng)

Do đ ó xây ra h iện lư ợ n ẹ p h u n h ạ t d ẫn: e từ m iền N* (m ie n E ) tràn

qua m iền p (m ien B ), lỗ từ m iền p (m iền B ) tràn q u a m iê n N* (miền E) c ác hạt d ẫ n tiế p tục k h u ẽch tán v à c h ú n g sẽ tái h ợ p nhau irẽn đư ờng k huếch tán

Do miền B rất m òng và có nồng đ ộ hạt d ẫ n rất thấp s o với m iền E (n, miển E » Pp miền B) nên số lư ợng e phun từ E sang B bị tái hợp rất nhỏ còn đa sồ e vư ợt qua m ien B đ en tiếp x úc J c bị điện trư ờng trong cũa Jc hút v ề p h ía cự c c tạo n ên d ò n g I c (dòng d iện colectơ)

Gọi / f là d ò n g e m itơ , tư ơ ng ứ n g v ó i tổ n g sổ e p h át r a từ m iền

E sang m iền B thì d ò n g lc tư ơng ứ n g với số đ iệ n tử đ ế n đ ư ợ c c ự c c

sc bans:

So lượng diện Ị ừ đến đirợc a rc c I c (5 2)

Tong so điện lử p liú l ra t ìrc ự c E I e

a *’ I i ệ s o tru yề n đ ạ t d ò n g điện c ự c p h á t, còn gọi là h ệ s ố

kh u ế ch đ ại d ò n g Ỉ£ tĩn h

T hông thường a = 0 ,9 5 -t0 ,9 9

Dòng điện tổng trong m ạch c o lectơ gồm 2 thành phần:

I cbo - dòng điện n gư ợ c a i a J c “ •

Ở Illicit B : M ột số lỗ (Pp) phun sang m iền N* (m iền E) và bị tái

Ih»P nên thiếu điện tích + Vì vậy, các đ iệ n lích + cùa nguồn E | dịch

d w y cn vào m iên B tao ncn dòng đ iện trong m ạch base lu (đế bù lại).

3 S ự là m việ c c ù a B J T P N P : N g u y ê n lý là m v iệ c v à Ưnh c h ấ l

khuêch đ ạ i c ủ a B J T lo ạ i P N P cũ n g tư ơ n g tự n h ư B J T lo ại N P N đ ã trình b à y ở trên C h i c ó m ộ t s ố đ iể m khdc c ầ n c h ú ý :

• N guồn E ị , E ỉp h à i đào Iigirợc C{IC đ ể J e th u ậ n , Je n g ifp c ,

• C h iề u c ù a I e , I c , h n g ư ợ c lại,

• D ò n g ỉ c Ị à d ò n g l ỗ t ừ m iề n p * (m iề n E ) p h u n s a n g m iề n N (m iên B ) và k h u ê c h t á n t ó i m iề n p c ù a c o ỉe c tơ (m iề n C ị.

Tùy theo mức phân cực m à B JT c ó thể làm việc ở m ột trong ba chế độ (trạng thái) sau dây: khuếch đ ại, k hóa, bão hòa.

1 C h ế độ khuếcli đại

C hế độ khuếch đại của BJT được trình bày trong mục 5.2 ờ trên

Ớ chế đ ộ này, JE được phán cự c thuận, Jc đ ư ợc phân cự c ngược

V c » Vb > Ve đối với loại NPN Khi Vbe = 0.5 + 0,7 V thì B JT dẫn ; Dòng IB khác 0, dòng Ic tãng Iheo dòng IB q ua h ệ s ổ khuếch đại dòng

Ịi ( B J T điều k h iển bung d ò n g Ib) l ú c này, điểm làm việc củ a BJT

nầm trên đường tài tĩnh, k h i Ib tăng thì Ic c ũ ng tăng còn Vc e giâm , v ì :

V Khi phân cực cho V be < Vỵ, B JT sẽ klioá (n g in tg d ẫ n ); Dòng

Ib.= 0, dòng Ic = 0, điện áp V c e = Vcc- Lúc này chi có dòng rò qua

B JT dcDo) rất nhỏ không đáng kế (hình 5.3a).

3 C hế độ bão h òa

H a i tiếp xúc Je và Jc<íều phân c ự c Ihuận: V UE > Vc e, d o đ ó Vbe >

0, Ic > 0, Ie> 0; d o vậ y Ic > Ic L ú c này, Ib tăng lư ơ n g đ ố i lớ n nhưng

Ic gán như không thay đôi

■-Phán cực cho B JT với VtiE > 0 8 V (với loại B JT Si), B JT sẽ dẫn mạnh dẫn đốn trạng th á i bão hoà Lúc này IB tăng cao nhưng Ic chi

lãng gán băng m ứ c V c c / R c • C ò n đ iệ n áp Vc e g iả m c ò n rất nhó

(khoảng 0 ,2V), gọi là Vc& *(\lay V c tb ã o lioà).

Types of Transistors

Hoạt động cùa Tranòto K'P.'J

ỉ Tinh 5 3 1 loại (1ộnj> của IỈJT

H o ạ t đ ộ n g c ứ a T r a n z it o N P N

Interaction

S ự tương Sác cứa

các tíểp xúc ở toại

NRN

Cách c íp nguồn cho Tn n zlto

Mạch tiiong ciuWng của BJT NPN

ĩíin h 5.7 5.8 - 5.9 ( 'ách in ắ c c ủ a T ransitor IK\ IX : (•( •

llWNiig ilimViig a = 0 V 5 ■ *■ o w , lin in g ứ n g Viĩi: / I = 19 * w ,

!<*>=■ Í0.01 *0.1 )/iA . /, a , « / * lOfiA

lỉậ c điếm củu in ạ c li K C

P rà t lớ n (có t h ỉ đến 200), lcno > l( Hi) nhrniỊỊ « /IIII (là le).

K y lớ n p h ụ th u ộ c vào Rị ( K v uliiịỉ klii Ki lửitỊỊ).

K, lớ n p h ụ th u ộ c Iigtrợc vởỉ R i ( K, lảiiỊỊ klii Hi ỉỉiàin).

c u nhánh chung giữ a mạ<?h v ào và m ụch ra, d o d ó gụi là m ạch c chung (C C ), c òn gọi là niạch ilieo điện á p {follow er voltage), huy mạch tải emilơ.

Dậc điểm của mạch c c

K v - Ỉ , 1C, là n (1 0 0 * 6 00) th a y đ ồ i th e o lải, K r ~K>

D iện trở váo n g iả m khi l c là n g ( cô t h i đ ạ t 100K ÍỈ), là s ơ đ ồ có n

HÌIIỊỈ khi n lâlỊỊỊ.

Vo đồng I>lia vói Vi và iỉần bằng vh

5.5 |) Ạ C T U Y Ế N V Ỏ N -A M P K C Ủ A 1IJT

Dộc lu y én V-A (huy đ ặ c luyến tĩnh) là đ ồ thị d iỉn tể c íc n

unm g qunn ỉ?iừu d o n g điộn và diộn úp Irén DJT N ghiên cử u bn I độc luyổn c ủ a m ụch EC:

• Dộc Itiyổn v à o : lu • J \ V hk ) I V ck ■ c o n s t (3-11)

• Độc tuyéii ru: lc<‘ f( V (: iừ \l H m c o n s l (5 -1 2 )

• Dộc luyổn truyổn đọt d ò n g diộn:

ic^f(ta)\VcKmeonêt (M 3) / Dộc tuyến vào: lặ » / Ị V t d ị y m conU (5-14)

Phản únh q u an hộ g iữ a ilù n n d iệ n và điộn ứ|> c ủ a fié|> xúc (nhánh Ihuận c ủ a d ặ c tuyổn điối lí B)

TỊTiay dổi tăn g g iảm Vcb, la sỏ d ư ợ c nhiều điriVng c ùu đA thị In

ỊìVbe) ; C ác d ư ờ n g này tộp h ọ p lliỉlnh họ đ ộ c t u y í n v à o ( llln h 5.1

Khi V ck tă n g , đ ặ c tu y ín váo lft'h (lần suniỉ plidi (kliônic nhiều).

2 Đặc tuy in ra: /c "f(V i r) y 11 = const

P hàn ánh q u an h í d ò n g I f tlico Vcii khi (lòng III khỏng đ»

Đường tháp nhát (ứng với /« ■ 0) pliủn dull ỉỉid (rị dồng ngirực colcc

mạch E C (lcto)- Dirới đườiig hi = 0 là miên kltóa.

ra; T ập họp tất c ả c ác đ ư ờ n g n ày ta c ó h ọ đ ặc t u y ế n ra c ù a m ạ c h EC

K h i I B * 0 r à tă n g d ầ n tlù cá c đ irờ ìtg đ ặ c tu y ế n t ư ơ n g ú n g d ịc h d ầ n

về phút trên điròng I b = 0 ( H ìn h 5.12)

Đ ặc tu y ế n r a g ồ m b a đ oạn:

• Đ oạn chếcli xiên : ứ n g với t r ạ n g th á i d ẫ n b ã o h ò a , n ăm bền

phải (rục Ic, tư ơng ứ ng vói g iá trị c ủ a V c e = 0 + 1,2V K hi V ce = 0 thì

Ic giảm vể không; D o đ ó m ọi đ ư ờ n g đ ặc tuyến ra c ủ a m ạch E C đ ều đi

3 Đặc tuyến truyền đạt dòng (tiện : Ic = f(Ifí) Ị Vce — const

Đ ộ d ố c củ a đ ặ c lu yến n à y c h ín h là h ệ s ố kliuéch đ ợ i d ò n g điện p

.u # n g phạm vi d ò n g đ iện lớ n, p g iả m n ên đặc tuyến k h ô n g còn tuyến

của B JT s ẽ g iả m so vớ i n h ữ n g tín hiệu c ó tần s ố th ấp h o p H iện tư ợ n g này x ả y r a d o c ác n g u y ên n h â n c h ín h sau:

1) Đ iện d u n g c ù a c á c lớ p tiếp x ú c J c v à J e

-2 ) T r ở k h á n g (Z b , Z c ) c ủ a c á c Iiiiền k h á c n lia u c ủ a B J T (c h ủ y ế u

là m iền B và C).

3 ) T h ờ i g ia n d ịc h c h u y ể n củ a c á c h ạ t d ẫ n tliiể u s o q u a m iề n B cùa BJT.

Đ ặc tính tần số c ủ a B J T đ ư ợ c đ á n h g iá b ằ n g đ ạ i lư ợ n g fa , g ọ i là tần s ổ g iớ i h ạ n ; là tầ n s ố là m v iệ c c ủ a B J T m à ờ tầ n s ố n à y k h ả năng

khuếch đại của BJT trong sơ đồ BC sè giảm đi 3dB (H ình 5.12.)

S ự liê n h ệ g iữ a f a v ó i c á c th ô n g s ố v ậ t lý c ủ a B J T th e o b iể u

1 D ò n g ạ r c đ ạ i c h o p h é p ( l Bmuy I Hlnao I c max): B J T c h i c h o m ộ t

dòng tối đ a ch ạy q u a trcn c á c cự c Q u á trị số n à y , B J T s ẽ h ỏ n g G iá trị dòng c ự c đ ạ i p h ụ th u ộ c vỉtà: D iện tích tiếp x ú c (S ), c ấ u trú c v ậ t liệu, công n g h ệ d i e tạo , d iề u kiộn tỏ a n h iệ t, c ủ a B JT

được vưọt quá các g iá trị điện á p này đ ô B JT không bị đánh lining các liếp xúc tương ứng (Je, ic)-

Công suất tiêu lán c ụ t (tại c h o p h é p (Pciuax)■' công suất tiêu tán

cực đại cho phép của BJT phụ Ihuộc vào điều kiện chế tạo, đicu kiện

quá Pcnax ■ T ín h Pcmax ih c o c ô n g thức:

4 T ần số g ió i h ạ n ( f j : B JT chi làm việc hiệu quá đến mội tần số nhất định, gọi là lần s ố g iớ i hạn f lluu Khi tần số tín hiệu tăng cao, điện dung tiếp xúc Cp-N đáng ké Chuyên động c ù a hạt dẫn qua chiều dày

sô a , p giảm theo tân sô f; Dòng đ iện ra lo, dòng vào li , điện áp vào

V, bị lệch pha gây méo lần số, m éo pha trong m ạch khuếch đại

Tần s ố g ió i h ạn f a , còn gọi là: tần s ố cắt, lần s ố cut- o f f (fan off),

tan so tliiel đoạn cùa in ạcli, là lân sô m à m ạ ch B J T c ó K f' = 1.

Types of Transistors

Ha# loại Trarưito NPN v i PNP

Hoạt động cùa Tranãto NPN

NPN Forward-Biased Junction

NPN tlép xú c B ^ p M n cự c thuận

N PN tiếp x ú c B-C phân c ự c n g ư ợc

C ách cắ p nguồn ch o Traruỉto

Cách màc Beỉ& Chung (CB)

S O S ÁN H G IỮ A C Á C C Á C H M A C TRANZITO

Input/Output Phase

Ptu tin hiệu vào/ra

Do khufdi dji diện ip CAO TRUNG BlNH THẢP

H ìn h 5.12 Đặc tuyến vào của B JT

: r cự c c ó nh iêm \ ự tạ o ií:ện ã p thuận ' I V I c ã p c h o tiẽp

!•- đ :ện dp n s ư ọ c ' V • c á p ch o ti ép x ú c J c ' ỡ các c h ẽ độ sia: •- VÓI B JT rr.ãc E c khi đù:ì£ m ộ t n s u ồ n c â p đ iệ n * V x ‘

0.2 T- 0.3V với BJT G e), vì vậy:

H ìn h 5 15 Đ ặc tuyến V-A tĩnh EC

Nhiệt đò mòi tiinMìg ròng, U'Vằ li: tỉing làm itiềm tình Q mill Ẩn định Nhờ c ỏ Re nén:

V se* V B- V e * V i - ỉ r R (S-2IÌKhi nhiệt đ ộ lăng làm If và 1|.: lăng nôn l|:.Ri:iỉtng tàm Vui; giâm, làm lB Ie Ic giâm , hạn c h ế s ự xẻ dịch c ủ a d iêm tình Q lỉo nhiột ilộ

làng Piựn tr ớ R fC ứ h ic dụng liồi tiếp â m g ọi tò itiợ i tr ờ ò n itịnli liòng lĩnli hoặc ítiợ i t r ữ ÒII định nltiựt R e c àng lởn hôi liếp Am càng p.iụnh,

điềm tĩnh Q càng ỏ n định

H ình 5.23 M ạch phản cự c kicu đ ịnh d òng lg c ỏ R e

•iàm tín hiệu xoay chiều it m ạch v à o vù làm g iả m tín hiộu khuẨch đọi

I liioch ra n ồ t rin h Anh hinVng này, m ãc C e k há lởn song song vởi Re làm ngắn m ụch d ò n g x oay c hiều q u a Rb (vì X c = 1/tưC « R b )

Re c àn g lởn, Rb c àng nhỏ thì m ạch c àn g ổ n định

3 P h ă n c ự c k iể u p h â n á p : (H ìn h 5 2 5 ,5 2 6 ) •

D ùng hai đ iện trở Rbi và R B2 tạ o th àn h b ộ p hân á p từ n g u ồ n V cc

đê phân cự c c h o c ự c B Đ iện trở R eổ n đ ịn h đ iể m tĩnh Q Ở m ạc h ra, nguồn V c c lạ o đ iện á p phân c ự c V c e q u a R c và R e (phân c ự c cho cực

I J I , K ill,« K i / a - u ) (5 -y > )

( V L linli th e n ( 5 -2 7 ): \'nit = III Run + V/Ii + // /?/.

J riiủn circ liồi (icp từ c o le c tư : <IÍInh 5.27)

y ỹ-r, điện áp tư đáu ra ícự c C) đư a ngược vé đáu v áo íc ự c li).

V'a = V'cc - M e hay V et = /*/?« + I'm

-H(J con dan (in hiệu xoay chiều từ đáu ra ngư ợc ve đau vào, gáy hôi tiếp ám điện áp làm giám hệ só khuếch đại K cùa mạch R(J tàng nhó hói nép ám cáng mạnh, K càng giãm D e tránh ảnh hưởng này, dang lụ Cf5 nối ngẩn mạch tín hiệu xoay chiêu xuống đất không hồitiếp xoay thiéu vé cực B nSa

b / D t t n g C.Ị íti; k h ư b ồ / n ế p í ì t n t i ff i n tiỊỉ

t í n h i ẽ u x o a y c h i ê u

rẢI MỘT CHIÊU)

/ Diềm làm việc tĩnh rà đường tả i tĩn h củ a m ạch vào: Xét

nạch EC (hình 5.4): Nguồn E | và Rb phân cự c thuận cho Je, tạo nên lòng Ib và điện áp VBE có giá trị xác định Ibq.Vbeq- Ib và Vbe quan hệ

ói nhau theo phương trình đặc tuyến vào tĩnh (5 -1 1 ): /fl =/(Vbe)

Mặt khác, áp dụng định luật Ồ m cho m ạch vào, ta c ó :

E l = I b -R b + Vfl£

Rg R f I V ce = const

Phương uình (5-39) là phưcmg u ìn h bậc nhất, đồ thị là đường

lẳng AB, gọi là đường lải tĩnh của m ạch vào (H ình 5.21.) Phương ình (5-39) gọi là phương ữ ìn h đ ư ờ ng tả i tĩn h c ùa m ạ c h vào Giao điểm của (5-11) và (5-39) là điếm Q, gọi là điểm làm việc inh của mạch vào (hình 5 32) AB là đư ờ ng lả i m ộ t chiểu của mạch

ào (hình 5.32).

2 Diêm làm việc tĩnh rà đường tà i tĩn h c ủ a m ạ c h ra

Nguôn E2 và Rc phân cực ngược c ho Jc, tạo nên dòng Ic và điện

ip VỏE có giá trị xác định Icq.Vceq sẽ xác định điểm Q là điềm làm áệc tĩnh của mạch ra

Ic và Vce quan hệ với nhau theo phưcmg trình đ ặ c tuyến ra tĩnh